WO2000029750A1 - Schnecke für eine exzenterschneckenpumpe oder einen untertagebohrmotor - Google Patents

Schnecke für eine exzenterschneckenpumpe oder einen untertagebohrmotor Download PDF

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WO2000029750A1
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rotor
core element
rotor according
jacket
casing
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Bruno Kächele
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Wilhelm Kächele GmbH Elastomertechnik
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/084—Toothed wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings
    • B21C37/151—Making tubes with multiple passages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2230/00—Manufacture
    • F04C2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F04C2230/25—Manufacture essentially without removing material by forging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/20—Rotors

Definitions

  • Eccentric screw pumps are used to pump viscous, fluid media, especially media that are highly abrasive.
  • the eccentric screw pumps consist of a stator with a continuous opening.
  • the inner wall of the through opening has the shape of a multi-start screw and is formed by an elastomer.
  • the elastomer is located in a tubular jacket made of high-strength material, for example steel, the inner contour of the jacket either being cylindrically smooth or the thread contour following the through-hole at a constant radial distance.
  • a rotor rotates in the through hole of the stator, the number of threads of which is one less than the number of threads in the through hole.
  • the rotor is made of a solid material and has a particularly high abrasion resistance.
  • Such arrangements can also be used as a motor if the liquid is pressed through the arrangement at high pressure.
  • the pressure of the liquid sets the rotor in revolutions and mechanical energy can be taken from the rotor.
  • This arrangement is used, for example, in underground drilling motors.
  • the stators are comparatively simple to produce. They are vulcanized via a mold core and in this way receive the complicated shape of the through opening. In contrast, the manufacture of the rotors, which has hitherto usually been produced from the full material in a machining process, has been more difficult.
  • a rotor is composed of a jacket and a core element contained in the jacket.
  • the jacket is produced by cold forming from a cylindrical tube. Here, a drawing tool is pulled through the cylindrical tube, which gives the tube the helical shape required for the rotor.
  • the core element which is connected to the tube at both ends, is subsequently loosely inserted into the jacket produced in this way.
  • DE-D-18 16 462 describes a rotor whose jacket consists of a ceramic mass.
  • a steel shaft also penetrates the hollow shell, the space between the inside of the shell and the steel shaft being filled with a binder.
  • the new rotor uses a core element that is encased in a jacket.
  • the outside of the jacket forms the thread-like structure, i.e. the helical surface.
  • the jacket can be manufactured by cold forming in a relatively inexpensive non-cutting manufacturing process.
  • Inside the jacket is a core element that runs the entire length of the jacket and gives the jacket the necessary axial stability.
  • rotors can also be made from materials that are ductile but difficult to machine like stainless steel, e.g. V2A or V4A steels.
  • the core element can consist of a non-stainless steel.
  • the core element can be a simple, externally cylindrical body which is very simple and inexpensive to manufacture.
  • Forming the jacket onto the core element also has the advantage that the surface of the rotor no longer has to be reworked.
  • the shaping gives it its final and smooth surface, which on top of that is bare when the shaping is done by cold working.
  • the overall structure can thus be manufactured without cutting.
  • the jacket applied to the core member has substantially the same wall thickness over its entire length and circumference, i.e. it is about the same thickness at every point.
  • the core element is only partially in contact with the jacket. These sections are areas of the thread valleys of the jacket. In the area between the thread valleys, i.e. the thread tips of the jacket, there are gaps between the core element and the jacket. These spaces have the shape of a single or multi-start screw. When the jacket is cold-formed, the deformation can only go so far that the thread valleys of the jacket just touch the core element. The connection between the core element and the jacket is then practically only frictional.
  • connection to the core element is then to a certain extent also form-fitting in this area, and it can also become material-fit as a result of cold welding.
  • a particularly torsion-resistant connection between the core element and the jacket is achieved if the core element contains at least in one section of its longitudinal extension at least one groove which has a different course than the threaded valley. With a corresponding relative position of this groove to the threaded valley, it can be achieved that the jacket is forged into this groove of the core element during the manufacturing process. Since the direction of this groove deviates from the course of the threaded valley, it can be prevented with certainty that the casing can unscrew from the core element along the screw formed by the threaded valley.
  • the core element carries at least one groove that runs over its entire axial length.
  • the production of the core element becomes very simple if this groove follows the surface line.
  • the groove expediently has a width, as seen in the direction of the start, which corresponds approximately to the contact area of the inside of the jacket in the area of the threaded valley with the core element.
  • the depth of the groove is between 0.1 to 1.5 mm. It has been found to be useful to have approximately 0.5 mm.
  • the core element has several grooves.
  • the rotor according to the invention can have wall thicknesses between 2 and 20 mm with a diameter measured between 30 and 300 mm.
  • the length of the new rotor can be up to 8 m.
  • the core element has at one end a pin which projects beyond the jacket.
  • This pin is expediently designed as a threaded pin.
  • the rotor according to the invention can be used in eccentric screw pumps or arrangements which are used as motors, for example underground drilling motors.
  • FIG. 1 an eccentric screw pump in a perspective view, partially cut away, 2 shows the rotor of the eccentric screw pump according to FIG. 1, in a longitudinal section,
  • FIG. 3 shows the rotor according to FIG. 2, cut along the line III-III,
  • Fig. 5 shows another embodiment of the rotor of the eccentric screw pump according to Fig. 1, in a longitudinal section
  • FIG. 6 shows the rotor according to FIG. 5 in a cross section similar to FIG. 3.
  • the eccentric screw pump 1 shows a perspective view, partially cut away, of an eccentric screw pump 1.
  • the eccentric screw pump 1 includes a pump head 2, a stator 3, a rotor 4 running in the stator 3 and a mouthpiece 5.
  • the stator 3 consists of a tubular cylindrical stator jacket 6, for example made of steel, which is provided with connection threads 7, 8 at both ends.
  • the stator jacket 6 forms a cylindrically smooth inner surface 9 on which a stator lining 11 is vulcanized from an elastomeric material.
  • the lining 11 delimits a continuous opening 12 with a helical inner wall 13.
  • the through opening 12 extends through the entire stator 3 and is coaxial with its outer contour, in particular with its connecting threads 7 and 8.
  • the helical inner wall 13 forms a multi-start thread, the number of threads being greater than the number of threads of the rotor 4 and a correspondingly large number of helically wound strips which project radially inwards.
  • stator jacket 6 which has a cylindrically smooth inner wall 13
  • a stator jacket 6 can also be used, which itself shows a helically wound inner contour.
  • the elastomeric lining 11 has a constant wall thickness, as seen over the length of the stator 3. With the latter type of stators, higher pressures can be generated.
  • the design of the stator 3 is not the subject of the invention in the present case, a cursor see explanation.
  • the pump head 2 has a housing 14 with a sealed through bore 15 for a drive shaft 16 running therein.
  • the drive shaft 16 is to be set in rotation by means of a drive motor (not shown) and coupled to the rotor 4.
  • the housing 14 is provided with an internal thread 17 into which the stator 3 with the connecting thread 8 is screwed.
  • the bearing bore 15 is aligned coaxially with the through opening 12 of the stator 3.
  • the mouthpiece 5 which consists of a substantially tubular part with an internal thread 20, is screwed onto the outlet-side end of the stator 3.
  • the mouthpiece 5 and the pump housing 14 can also be connected to the stator 3 via corresponding internal threads on the stator 3, or the parts are connected to one another via tie rods and the stator 3 clamped between them.
  • stator 3 The structure of the stator 3 is explained below with reference to FIGS. 2 and 3:
  • the stator 3 exposes itself a core element 21, a stator jacket 22 and a coupling head 23 together.
  • the core element 21 is a thick-walled steel tube with an at least originally cylindrical outer peripheral surface 24 and a continuous cylindrical inner space 25.
  • the core element 21 is straight and therefore tubular, because the interior does not make any noteworthy contribution to the strength that is at stake here, but merely increases the weight. However, it can also be massive.
  • the core element 21 is provided with a threaded pin 26 onto which the coupling head 23 is screwed. At the opposite end, the core element 21 contains a threaded bore 27.
  • the jacket 22 of the rotor 4 is also a tube with an inner wall 28 and an outer surface 29.
  • the jacket 22 is cold forged, as is e.g. is described in DE-A-17 03 828, helically formed.
  • the outer wall 29 forms a thread that continues over the entire axial length of the jacket 22. It begins at 31 and ends at 32.
  • the number of threads of the thread formed by the outer surface 29 is one less than the number of threads of the through opening 12 in the stator 3.
  • the rotor 4 in the exemplary embodiment shown has a four-start thread, ie a total of four strips extend helically along the casing 22. Since the through Opening 12 is accordingly five continuous, the five-start thread five helically extending strips of Elastomerma ⁇ forms TERIAL in the through hole 12th
  • the jacket 22 is, as already mentioned, tubular, which is why the inner surface 28 follows the outer surface 29 at a constant distance.
  • the dimensions of the cylindrical straight tube from which the jacket 22 is cold-formed are selected such that after the final deformation to the screw-like shape, the jacket 22 with its inner peripheral surface 28 in the area of the thread valleys 34 (based on the outer contour) the outer peripheral surface 24 of the core element 21 at least touched.
  • the semifinished product from which the jacket 22 is made is a cylindrical tube, the diameter of which is larger than the outer diameter of the core element 21, there are helical gaps 36 between the core element 21 and the jacket 22.
  • the number of these helical gaps 36 is equal to the number of thread crests 33 which can be seen in the cross-section of the rotor 4 in the circumferential direction.
  • these spaces 36 can either remain empty or be filled with a mass. This mass can e.g. Synthetic resin or synthetic resin filled with light metal powder, cast metal or sintered metal.
  • the drive head 23 is a machined cylindrical turned part with two threaded blind bores 37 and 38. With the threaded blind bore 37, the drive head 23 is screwed onto the threaded pin 26 and serves to connect the rotor 4 to the drive shaft 16. Instead of the blind bore 38, other driving means also come into play Question. In a departure from the connection shown, the drive head 23 can also be screwed into a threaded bore in the core element 21.
  • the thread direction of the threaded pin 26 is opposite to the thread direction on the jacket
  • the thread of the threaded pin 26 is a left-hand thread. The same applies analogously to the thread in the threaded blind bore 37.
  • a disk-shaped spacer element 41 is provided, which is fixed by means of a screw 42 which is screwed into the internal thread 27.
  • the spacer element 41 fixes the core element 21 in the radial direction with respect to the jacket 22 with the aid of a correspondingly contoured shoulder 43 and a correspondingly shaped short extension.
  • the spacer element 41 can be ver ⁇ both with the core element 21 and with the jacket be welded.
  • the rotor 4 shown is produced by coaxially and simultaneously passing the tubular core element 21 and the tube which forms the jacket 22 through the cold-forming device according to DE-A-17 03 828.
  • the helically wound jacket 22 is cold forged from the cylindrical outer tube.
  • the core element 21, however, remains essentially completely undeformed, apart from the flat grooves 35.
  • the component obtained is shortened to the desired length and the threaded pin 26 is machined by swirl milling or turning and subsequent thread cutting or rolling.
  • the stator 4 produced by cold working has a straight line, as is customary in eccentric screw pumps Axis.
  • rotors can be produced in which the wall thickness of the casing 22 is between 2 and 20 mm.
  • the overall diameter of the rotor 4 measured can be up to 300 mm, while the entire length of the rotor 4 can reach up to 8 m.
  • the large lengths are required for high delivery pressures for pumps or high torques for motors, such as occur when delivering in the subsea or underground area.
  • the core element 21 can be made of a different material than the jacket 22.
  • at least the jacket 22 can be formed from a material that is difficult to machine but ductile, e.g. V4A steel.
  • the rotor 4 described can, however, not only be used in the eccentric screw pump 1 shown in FIG. 1, but is also suitable in the same way for motors which are constructed like eccentric screw pumps, for example underground drilling motors. With the help of such an arrangement, hydraulic energy is converted into mechanical energy in that a drive fluid is pressed through the “eccentric screw pump” at high pressure. As a result, the rotor 4 is rotated and drive power can be drawn from the shaft 16. Since the basic structure of the rotor 4 is independent of whether it is in connection with an underground drilling motor or an eccentric screw pump is used, it is not necessary in addition to the eccentric screw pump according to FIG. 1 to produce a basically identical section through an underground drilling motor.
  • FIG. 4 shows the use of the rotor 4 according to the invention in an underground drilling or mud motor 51.
  • the basic construction of the underground drilling motor 51 is basically similar to the construction of an eccentric screw pump, as shown in FIG. 1.
  • the underground drilling motor 51 is subjected to liquid under high pressure, whereby its rotor 4 is rotated.
  • the underground drilling motor 51 has a stator 3, which in turn consists of a cylindrical steel tube 6 as a jacket with an elastomeric lining 9.
  • the stator jacket 6 is provided with a conical internal thread 52, into which a hydraulic connection coupling piece 54 with a continuous channel is screwed with a conical external thread 53.
  • the connector piece 54 is tubular and serves to feed the drive fluid into the underground drilling motor 51.
  • the outlet-side end of the stator 3 is also provided with a conical internal thread 55, into which an outlet mouthpiece 56 is screwed.
  • the outlet mouthpiece 56 has a corresponding conical external thread 57 and also contains a continuous channel 58.
  • the outlet nozzle 56 also serves as a bearing for an output shaft 59, which is connected to a drill bit, not shown.
  • the outer diameter of the output shaft 59 is smaller than the clear width of the channel 58 in the outlet mouthpiece 56. In this way, the liquid passing through the underground drilling motor 51 can escape in the direction of the drill bit and at the same time be used as a rinsing liquid.
  • the coupling head 23 connects the rotor 4 to the output shaft 58.
  • the basic structure of the rotor 4 does not differ from the structure of the rotor 4 according to FIGS. 2 and 3, which is why a new explanation is unnecessary at this point.
  • the underground drilling motor 51 works in such a way that pressurized liquid, for example flushing liquid, such as is used in the underground area, is supplied via the hydraulic connection coupling piece 54.
  • pressurized liquid penetrates into the pump chambers which are formed between the rotor 4 and the inner lining 9 of the stator 3.
  • the pressure of the liquid tends to enlarge the chamber, whereby the rotor 4 is rotated in the stator 3. Since as many chambers as possible formed between the stator 3 and the rotor 4 should be open on the inlet side of the underground drilling motor 51, a rotor 4, which is used for motor purposes, has significantly more threads than a rotor 4, which is used for pump purposes .
  • the number of threads in the stator 3 is in each case one more than the number of threads of the rotor 4, the number of threads in the stator 3 is also significantly larger in the case of an underground drilling motor 51 than in the eccentric screw pump 1 according to FIG. 1.
  • the axial length of an undivided underground drilling motor 51 can be up to 8 m. If longer lengths are required, several of the underground drilling motors 51 shown in FIG. 5 are connected in series, in which case the rotor 4 of the subsequent motor stage is provided with the threaded pin 26 at both ends in order to on the one hand provide the coupling with the upstream rotor 4 and a downstream one to produce another rotor 4 or the tool.
  • Figures 5 and 6 show a rotor 4 similar to the rotor of FIG. 2 in each case in a longitudinal and in a cross section.
  • the core element 21 in its cylindrical outer peripheral surface 24 in the embodiment shown. example contains a total of four straight grooves 61 continuous in the longitudinal direction.
  • the grooves 61 have a rectangular cross section with a depth of approximately 0.5 mm.
  • the width of the groove 61 measured in the circumferential direction is approximately 5 mm.
  • the production takes place as explained in connection with FIG. 2. Due to the cold forging process or drawing process, the material of the casing 22 flows into the grooves 61 in the region of the threaded valleys 34 during the cold forming, specifically at the points at which the inside of the casing 22 that bulges inward in the region of the threaded valleys 34 cuts. Since the jacket 22 forms a four-start screw on its outside, a total of four threads run over the length of the rotor 4. The threads form corresponding inward-facing convex surfaces, the course of which intersects the grooves 61 at the pitch angle of the respective thread. In the exemplary embodiment shown, a thread cuts one of the grooves 61 every 90 °. The number of grooves 61 can also be greater than the number of threads of the rotor 3.
  • the core element 22 cannot be unscrewed from the jacket 22 even when force is used.
  • the embodiment shown with straight grooves 61 is particularly simple with regard to the manufacture of the core element 21.
  • the grooves 61 advantageously forming a screw which runs counter to the screw of the threads, ie if the jacket 21 forms a right-hand screw on its outside, the grooves 61 on the core element 22 form a left-hand screw.
  • the slope can be chosen such that the grooves 61 lie at right angles to the threaded valleys 34.
  • the rectangular cross section of the grooves 61 prevents the material of the casing 22 which has been pushed into the grooves 61 from coming out of the grooves 61 or pressing out the threaded valleys 34 when 22 shear forces become effective between the core element 21 and the casing.
  • a rotor (4) for an eccentric screw pump (1) or an underground drilling motor (51) consists of a straight, essentially cylindrical core element (21) onto which a jacket (22) is forged in the cold forging process.
  • the jacket (22) is given the helical outer shape required for eccentric screw pumps (1) by forging.
  • the rotor (4) described can be produced without cutting, which is of considerable advantage in particular in the case of large rotor dimensions, since there is no material waste.

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Abstract

Ein Rotor (4) für eine Exzenterschneckenpumpe oder einen Untertagebohrmotor besteht aus einem geraden, im Wesentlichen zylindrischen Kernelement (21), auf das im Kaltschmiedeverfahren ein Mantel (22) aufgeschmiedet ist. Der Mantel (22) bekommt durch das Schmieden die für Exzenterschneckenpumpen (1) benötigte schraubenförmige Aussengestalt. Der beschriebene Rotor (4) kann spanlos hergestellt werden, was insbesondere bei grossen Rotorabmessungen von erheblichem Vorteil ist, weil keine Materialabfälle entstehen.

Description

Schnecke für eine Exzenterschneckenpumpe oder einen Untertaαebohrmotor
Exzenterschneckenpumpen werden zum Fördern von zähflüssig fließfähigen Medien, insbesondere von Medien verwendet, die stark abrasiv sind. Die Exzenterschneckenpumpen bestehen aus einem Stator mit einer durchgehenden Öffnung. Die Innenwand der Durchgangsöffnung hat die Gestalt einer mehrgängigen Schraube und wird von einem Elastomer gebildet. Das Elastomer befindet sich in einem rohrförmigen Mantel aus hochfestem Material, beispielsweise Stahl, wobei die Innenkontur des Mantels entweder zylindrisch glatt ist oder der Gewindekontur der Durchgangsbohrung in einem konstanten radialen Abstand folgt. In der Durchgangsbohrung des Stators dreht sich ein Rotor, dessen Gangzahl um eins niedriger ist als die Gewindegangzahl in der Durchgangsbohrung. Der Rotor besteht aus einem festen Material und zeigt eine besonders hohe Abriebfestigkeit.
Im Falle einer Exzenterschneckenpumpe wird der Rotor
-1- von außen über einen Motor angetrieben und er fördert im Zusammenwirken mit dem Stator durch die Durchgangsbohrung hindurch. Während der Rotation des Rotors entstehen im Zusammenwirken mit der Innenwand der Durchgangsbohrung im weitesten Sinne sichel- oder bananenförmige Kammern, die bei der Rotation des Rotors allmählich durch den Stator hindurchwandern.
Derartige Anordnungen können auch als Motor verwendet werden, wenn die Flüssigkeit mit hohem Druck durch die Anordnung hindurchgepresst wird. Der Druck der Flüssigkeit setzt den Rotor in Umdrehungen und es kann an dem Rotor mechanische Energie abgenommen werden. Von dieser Anordnung wird beispielsweise bei Untertagebohrmotoren Gebrauch gemacht .
Die Herstellung der Statoren ist vergleichsweise einfach. Sie werden über einen Formkern vulkanisiert und erhalten auf diese Weise die komplizierte Form der Durchgangsöffnung. Schwieriger dagegen ist bislang die Herstellung der Rotoren, die üblicherweise bislang in spangebenden Verfahren aus dem vollen Material hergestellt wird.
Es ist zwar aus der DE-A-1 703 828 bekannt, den Rotor aus einem Rohr zu schmieden. Rotoren dieser Art sind in Achsrichtung bei hohen Antriebskräften oder hohen Drücken, wie sie in Untertagebohrmotoren auftreten, nicht hinreichend formstabil. Das Antriebsdrehmoment führt u.a. dazu, dass sich der Rotor wegen seiner schraubenförmigen Gestalt tordiert und dabei verkürzt. Die Folge ist, dass die rechnerische Steigung des Rotors nicht mehr mit der rechnerischen Gewindesteigung des mehrgängigen Gewindes in dem Stator übereinstimmt und Undichtigkeiten entstehen, die zu Druckverlusten und damit Leistungsverlusten führen.
Eine andere Art eines Aufbaus eines Rotors ist aus der DE-A-195 01 514 bekannt. Der Rotor setzt sich aus einem Mantel und einem in dem Mantel enthaltenen Kernelement zusammen. Der Mantel wird durch Kaltverformen aus einem zylindrischen Rohr erzeugt. Hierbei wird durch das zylindrische Rohr ein Ziehwerkzeug hindurch gezogen, wodurch das Rohr die für den Rotor erforderliche schraubenförmige Gestalt bekommt. In dem so erzeugten Mantel wird nachträglich das Kernelement lose eingesteckt, das an beiden Enden mit dem Rohr verbunden wird.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Maßhaltigkeit an der Außenseite des Mantels nicht ausreicht und der Mantel nachbehandelt werden muss. Außerdem tordiert der bekannte Rotor wegen seiner mangelnden Torsionsfestigkeit verhältnismäßig stark. Die Torsion führt zur Veränderung der Gewindesteigung damit zu einem Teilungsfehler zu dem Stator, was wiederum die Abdichtung zum Stator negativ beeinflusst.
In der DE-D-18 16 462 ist ein Rotor beschrieben dessen Mantel aus einer keramischen Masse besteht. Der hohle Mantel wird ebenfalls von einer Stahlwelle durchsetzt, wobei der Zwischenraum zwischen der Innenseite des Mantels und der Stahlwelle mit einem Bindemittel ausgefüllt ist.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung einen Rotor für eine Exenterschneckenpumpe oder einen Exenter- schneckenmotor beispielsweise einem Untertagemotor zu schaffen, der von vergleichsweise kostengünstig herstellbar ist und torsionsstabil ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Rotor mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Bei dem neuen Rotor wird ein Kernelement verwendet, das von einem Mantel eingehüllt ist. Der Mantel bildet an seiner Außenseite die gewindeförmige Struktur, d.h. die schraubenförmig verlaufende Fläche. Auf diese Weise kann der Mantel in einem verhältnismäßig kostengünstigen spanlosen Herstellungsverfahren durch Kaltverformen hergestellt werden. Im Inneren des Mantels befindet sich ein Kernelement, das über die gesamte Länge des Mantels durchläuft und dem Mantel die erforderliche Axialstabilität verleiht.
Auf diese Weise können auch Rotoren aus Materialien hergestellt werden, die zwar duktil jedoch schlecht spangebend bearbeitbar sind wie Edelstahle z.B. V2A oder V4A Stähle. Das Kernelement kann hingegen aus einem Nichtedels- tahl bestehen.
Zufolge der schraubenförmigen Gestalt des Mantels könnte sich dieser unter dem Einfluss des Drehmoments theoretisch in der aus dem Stand der Technik bekannten Weise in der Länge verändern, wenn er tordiert wird. Durch die Verwendung des Kernelementes wird der Mantel an dieser axialen Verkürzung gehindert.
Das Kernelement kann ein einfacher, außen zylindrischer Körper sein, der sehr einfach und kostengünstig herzustellen ist.
Weil bei dem erfindungsgemäßen Rotor der Mantel auf das Kernelement aufgeschmiedet ist, kommt eine sehr feste Verbindung zwischen dem Kernelement und dem Mantel zustan- de. Diese feste Verbindung verbessert die Torsionsfestigkeit und trägt weiter dazu bei, dass sich die Länge des Rotors auch unter Belastung praktisch nicht nennenswert verändert .
Das Aufformen des Mantels auf das Kernelement bringt weiters den Vorteil mit sich, dass die Oberfläche des Rotors nicht mehr nachgearbeitet werden muss. Es bekommt durch das Formen seine endgültige und glatte Oberfläche, die obendrein blank ist, wenn das Umformen durch Kaltverformung geschieht.
Die Kaltverformung hat dabei den weiteren günstigen Nebeneffekt, dass die Steigung des Rotors sich nicht verändert, wie dies der Fall wäre, wenn ein warmes Schmiedeverfahren verwendet werden würde. Im Fall des Warmschmie- dens müßte die beim Abkühlen entstehende Längenänderung im vorhin berücksichtig werden.
Das Gesamtgebilde lässt sich somit spanlos fertigen.
Der auf dem Kernelement aufgebrachte Mantel weist über seine gesamte Länge und seinen Umfang im Wesentlichen dieselbe Wanddicke auf, d.h. er ist an jeder Stelle etwa gleich dick.
Das Kernelement steht mit dem Mantel lediglich abschnittsweise in Berührung. Diese Abschnitte sind Bereiche der Gewindetäler des Mantels. Im Bereich zwischen den Gewindetälern, also den Gewindespitzen des Mantels, bestehen zwischen dem Kernelement und dem Mantel Zwischenräume. Diese Zwischenräume haben die Gestalt einer ein- oder mehrgängigen Schraube. Bei der Kaltverformung des Mantels kann die Verformung nur so weit gehen, dass die Gewindetäler des Mantels gerade eben das Kernelement berühren. Die Verbindung zwischen dem Kernelement und dem Mantel ist dann praktisch lediglich reibschlüssig.
Es ist jedoch möglich, die Kaltverformung so weit gehen zu lassen, dass auch das Kernelement itverformt wird bzw. sich die Wandstärke des Mantels an der Berührungsstelle mit dem Kernelement geringfügig verändert. Die Verbindung mit dem Kernelement ist dann in diesem Bereich auch bis zu einem gewissen Grade formschlüssig, und sie kann auch infolge Kaltschweißens stoffschlüssig werden.
Eine besonders torsionsfeste Verbindung zwischen dem Kernelement und dem Mantel wird erreicht, wenn das Kernelement wenigstens in einem Abschnitt seiner Längserstreckung zumindest eine Nut enthält, die einen anderen Verlauf hat, wie das Gewindetal. Bei entsprechender Relativlage dieser Nut zu dem Gewindetal kann erreicht werden, dass beim Herstellungsprozess der Mantel in diese Nut des Kernelementes hinein geschmiedet wird. Da die Richtung dieser Nut vom Verlauf des Gewindetals abweicht, kann mit Sicherheit verhindert werden, dass sich der Mantel längs der durch das Gewindetal gebildeten Schraube von dem Kernelement herunterschrauben kann.
Eine besonders wirkungsvolle Verriegelung wird erreicht, wenn das Kernelement wenigstens eine Nut trägt, die über seine gesamte axiale Länge durchgeht. Dabei wird der Herstellung des Kernelementes sehr einfach, wenn diese Nut der Mantellinie folgt. Die Nut hat zweckmäßigerweise in U fangsrichtung gesehen eine Breite wie sie etwa dem Kontaktbereich der Innenseite des Mantels im Bereich des Gewindetals mit dem Kernelement entspricht. Die Tiefe der Nut liegt zwischen 0,1 bis 1,5 mm als zweckmäßig haben sich ca. 0,5 mm herausgestellt .
Günstig ist es, wenn das Kernelement mehrere Nuten trägt .
Der erfindungsgemäße Rotor kann Wandstärken zwischen 2 und 20 mm aufweisen bei einem über alles gemessenen Durchmesser zwischen 30 und 300 mm. Die Länge des neuen Rotors kann bis zu 8 m betragen.
Um den Kupplungskopf mit dem Rotor zu verbinden, weist das Kernelement an einem Ende einen über den Mantel überstehenden Zapfen auf. Dieser Zapfen ist zweckmäßigerweise als Gewindezapfen ausgebildet.
Der erfindungsgemäße Rotor lässt sich in Exzenterschneckenpumpen oder Anordnungen verwenden, die als Motoren eingesetzt werden, beispielsweise Untertagebohrmotoren.
Im Übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Exzenterschneckenpumpe in einer perspektivischen Darstellung, teilweise aufgeschnitten, Fig. 2 den Rotor der Exzenterschneckenpumpe nach Fig. 1, in einem Längsschnitt,
Fig. 3 den Rotor nach Fig. 2, geschnitten längs der Linie III-III,
Fig. 4 einen Untertagebohrmotor in einem Längsschnitt,
Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel des Rotors der Exenterschneckenpumpe nach Fig. 1, in einem Längsschnitt, und
Fig. 6 den Rotor nach Fig. 5 in einem Querschnitt ähnlich wie Fig. 3.
Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung, teilweise aufgeschnitten, eine Exzenterschneckenpumpe 1. Zu der Exzenterschneckenpumpe 1 gehören ein Pumpenkopf 2, ein Stator 3, ein in dem Stator 3 laufender Rotor 4 sowie ein Mundstück 5.
Der Stator 3 besteht aus einem rohrförmigen zylindrischen Statormantel 6, beispielsweise aus Stahl, der an beiden Enden mit Anschlussgewinden 7, 8 versehen ist. Der Statormantel 6 bildet eine zylindrisch glatte Innenfläche 9, auf der eine Statorauskleidung 11 aus einem elastomeren Material aufvulkanisiert ist. Die Auskleidung 11 begrenzt eine durchgehende Öffnung 12 mit einer schraubenförmig verlaufenden Innenwand 13. Die Durchgangsöffnung 12 reicht durch den gesamten Stator 3 hindurch und ist zu dessen Außenkontur, insbesondere zu dessen Anschlussgewinden 7 und 8 koaxial .
Die schraubenförmige Innenwand 13 bildet ein mehrgängiges Gewinde, wobei die Gangzahl um eins größer ist als die Gewindeganganzahl des Rotors 4 und entsprechend viele schraubenförmig gewundene Leisten entstehen, die radial nach innen ragen.
Anstatt einen Statormantel 6 zu verwenden, der eine zylindrisch glatte Innenwand 13 hat, kann auch ein Statormantel 6 eingesetzt werden, der selbst eine schraubenförmig gewundene Innenkontur zeigt. In diesem Falle hat die elas- tomere Auskleidung 11, über die Länge des Stators 3 gesehen, eine konstante Wandstärke. Mit der letzteren Art von Statoren lassen sich höhere Drücke erzeugen. Da im vorliegenden Fall jedoch die Ausgestaltung des Stators 3 nicht Gegenstand der Erfindung ist, genügt insoweit eine kursori- sehe Erläuterung.
Der Pumpenkopf 2 weist ein Gehäuse 14 auf mit einer abgedichteten Durchgangsbohrung 15 für eine darin laufende Antriebswelle 16. Die Antriebswelle 16 ist mittels eines nicht gezeigten Antriebsmotors in Umdrehungen zu versetzen und mit dem Rotor 4 gekuppelt.
An seinem vorderen Ende ist das Gehäuse 14 mit einem Innengewinde 17 versehen, in das der Stator 3 mit dem An- schlussgewinde 8 eingeschraubt ist. Die Lagerbohrung 15 fluchtet koaxial mit der Durchgangsöffnung 12 des Stators 3.
Zwischen dem Stator 3 und dem Beginn der Lagerbohrung 15 befindet sich eine Zulaufkammer 18, in die ein von außen kommender Anschluss 19 einmündet.
Schließlich ist auf das auslass-seitige Ende des Stators 3 das Mundstück 5 aufgeschraubt, das aus einem im Wesentlichen rohrförmigen Teil mit einem Innengewinde 20 besteht .
Anstelle der gezeigten Außengewinde 7 und 8 können das Mundstück 5 und das Pumpengehäuse 14 mit dem Stator 3 auch über entsprechende Innengewinde an dem Stator 3 verbunden sein, oder die bei Teile sind über Zugstangen miteinander verbunden und der Stator 3 zwischen ihnen eingespannt.
Der Aufbau des Stators 3 wird nachstehend anhand der Fig. 2 und 3 erläutert:
Wie Fig. 2 erkennen lässt, setzt sich der Stator 3 aus einem Kernelement 21, einem Statormantel 22 und einem Kupplungskopf 23 zusammen.
Das Kernelement 21 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein dickwandiges Stahlrohr mit einer zumindest ursprünglich zylindrischen Außenumfangsflache 24 und einem durchgehenden zylindrischen Innenraum 25.
Das Kernelement 21 ist gerade und deswegen rohrförmig gestaltet, weil der Innenraum zu der Festigkeit, um die es hier geht, keinen nennenswerten Beitrag liefert, sondern lediglich das Gewicht erhöht. Es kann jedoch auch massiv sein.
An seinem in Fig. 2 rechten Ende ist das Kernelement 21 mit einem Gewindezapfen 26 versehen, auf den der Kupplungskopf 23 aufgeschraubt ist. An dem gegenüberliegenden Ende enthält das Kernelement 21 eine Gewindebohrung 27.
Der Mantel 22 des Rotors 4 ist ebenfalls ein Rohr mit einer Innenwand 28 und einer Außenfläche 29. Der Mantel 22 ist im Kaltschmiedeverfahren, wie es z.B. in der DE-A-17 03 828 beschrieben ist, schraubenförmig umgeformt. Die Außenwand 29 bildet ein Gewinde, das sich über die gesamte axiale Länge des Mantels 22 fortsetzt. Es beginnt bei 31 und endet bei 32. Die Gangzahl des von der Außenfläche 29 gebildeten Gewindes ist um eins niedriger als die Gangzahl der Durchgangsöffnung 12 in dem Stator 3.
Wie der Querschnitt in Fig. 3 erkennen lässt, weist der Rotor 4 im gezeigten Ausführungsbeispiel ein viergängiges Gewinde auf, d.h. längs dem Mantel 22 verlaufen schraubenförmig insgesamt vier Leisten. Da die Durchgangs- Öffnung 12 dementsprechend fünfgängig ist, bildet das fünfgängige Gewinde in der Durchgangsöffnung 12 insgesamt fünf schraubenförmig sich erstreckende Leisten aus Elastomerma¬ terial .
Der Mantel 22 ist, wie bereits erwähnt, rohrförmig, weshalb die Innenfläche 28 der Außenfläche 29 im konstanten Abstand folgt.
Infolge der schraubenartigen Umformung des Mantels 22 bildet dessen Außenfläche 29 in Längsrichtung gesehen abwechselnd Gewindescheitel 33 und Gewindetäler 34. Zufolge der Mehrgängigkeit erscheinen die Gewindetäler 34 und die Gewindescheitel 33 nicht nur in Längsrichtung, sondern, wie der Querschnitt nach Fig. 3 zeigt, auch in jeder Schnittebene in Umfangsrichtung gesehen.
Die Abmessungen des zylindrischen geraden Rohrs, aus dem der Mantel 22 kaltverformt wird, sind so gewählt, dass nach der endgültigen Verformung zu der schraubenartigen Gestalt der Mantel 22 mit seiner Innenumfangsfläche 28 im Bereich der Gewindetäler 34 (bezogen auf die äußere Kontur) die Außenumfangsflache 24 des Kernelementes 21 zumindest berührt .
Bei entsprechend stärkerem Verformen ist es auch möglich, zusätzlich die Außenumfangsflache 24 des Kernelementes 21 geringfügig mit zu verformen, wodurch die Außenum- fangsfläche 24 flache Nuten 35 bekommt, die der Kontur der Gewindetäler 34 folgen. Wenn die Verformung in dieser Weise fortgesetzt wird, entsteht zwischen dem Mantel 22 und dem Kernelement 21 nicht nur eine reibschlüssige, sondern auch eine formschlüssige Verbindung im Bereich der sich zum In- neren des Mantels 22 vorwölbenden Gewindetäler 34 mit dem Kernelement 21. Darüber hinaus kann infolge der Verformung sogar ein Kaltschweißen zwischen dem Mantel 22 und dem Kernelement 21 an den Berührungsstellen erfolgen.
Da das Halbzeug, wie erwähnt, aus dem der Mantel 22 hergestellt ist, ein zylindrisches Rohr ist, dessen Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Kernelementes 21, entstehen zwischen dem Kernelement 21 und dem Mantel 22 schraubenförmig verlaufende Zwischenräume 36. Die Anzahl dieser schraubenförmigen Zwischenräume 36 ist gleich der Anzahl von Gewindescheiteln 33, die im Querschnitt des Rotors 4 in Umfangsrichtung zu erkennen sind. Je nach Anwendungsfall können diese Zwischenräume 36 entweder leer bleiben oder mit einer Masse gefüllt werden. Diese Masse kann z.B. Kunstharz oder mit Leichtmetallpulver gefülltes Kunstharz, gegossenes Metall oder Sintermetall sein.
Der Antriebskopf 23 ist ein spangebend hergestelltes zylindrisches Drehteil mit zwei Gewindesackbohrungen 37 und 38. Mit der Gewindesackbohrung 37 wird der Antriebskopf 23 auf den Gewindezapfen 26 aufgeschraubt und dient der Verbindung des Rotors 4 mit der Antriebswelle 16. Anstelle der Sackbohrung 38 kommen auch andere Mitnehmermittel in Frage. Abweichend von der dargestellten Verbindung kann der Antriebskopf 23 auch in eine Gewindebohrung in dem Kernelement 21 eingeschraubt sein.
Um ein Lösen des Antriebskopfes 23 von dem Rotor 4 zu verhindern, ist die Gewinderichtung des Gewindezapfens 26 entgegengesetzt zu der Gewinderichtung der auf dem Mantel
22 ausgebildeten Schraube. Zusätzlich kann der Antriebskopf
23 mit dem Mantel 22 flüssigkeitsdicht verschweißt sein, wodurch sich auch die Torsionsfestigkeit zwischen dem Antriebskopf 23 und dem Mantel 22 erhöht. Wenn der Mantel 22 z.B. eine mehrgängige Rechtsschraube trägt, ist das Gewinde des Gewindezapfens 26 ein Linksgewinde. Sinngemäß das Gleiche gilt für das Gewinde in der Gewindesackbohrung 37.
Um schließlich an der Auslauf- oder Druckseite den Mantel 22 gegenüber dem Kernelement 22 zu fixieren, ist ein scheibenförmiges Abstandselement 41 vorgesehen, das mittels einer Schraube 42, die in das Innengewinde 27 eingedreht ist, fixiert ist. Das Abstandselement 41 fixiert mit Hilfe einer entsprechend konturierten Schulter 43 und eines entsprechend geformten kurzen Fortsatzes das Kernelement 21 in radialer Richtung bezüglich des Mantels 22. Statt den gezeigten Verschraubungen kann des Abstandelement 41 sowohl mit dem Kernelement 21 und als auch mit dem Mantel 22 ver¬ schweißt sein.
Die Herstellung des gezeigten Rotors 4 geschieht, indem koaxial und gleichzeitig das rohrförmige Kernelement 21 und das Rohr, das den Mantel 22 bildet, durch die Kaltverformungseinrichtung gemäß der DE-A-17 03 828 hindurchgeführt werden. Dadurch wird aus dem zylindrischen äußeren Rohr der schraubenförmig gewundene Mantel 22 kaltgeschmiedet. Das Kernelement 21 dagegen bleibt, abgesehen von den flachen Nuten 35, im Wesentlichen vollständig unverformt. Nach dem Kaltschmiedevorgang wird das erhaltene Bauteil auf die gewünschte Länge gekürzt und es wird der Gewindezapfen 26 spangebend durch Wirbelfräsen oder Drehen und anschließendes Gewindeschneiden oder -rollen erzeugen.
Der durch Kaltverformung erzeugte Stator 4 hat, wie dies bei Exzenterschneckenpumpen üblich ist, eine gerade Achse .
Durch das Kaltschmieden wird eine Gefügestruktur erreicht, die hinsichtlich der auftretenden Kräfte günstig ist.
Mit dem beschriebenen Aufbau und in der beschriebenen Weise können Rotoren hergestellt werden, bei denen die Wandstärke des Mantels 22 zwischen 2 und 20 mm liegt. Der über alles gemessene Außendurchmesser des Rotors 4 kann bis zu 300 mm betragen, während die gesamte Länge des Rotors 4 bis zu 8 m reichen kann. Die großen Längen werden für hohe Förderdrücke bei Pumpen bzw. große Drehmomente bei Motoren benötigt, wie sie bei Förderung im Untersee- oder Untertagebereich auftreten.
Bei dem Rotor 4 kann das Kernelement 21 aus einem anderen Material bestehen wie der Mantel 22. Außerdem kann zumindest der Mantel 22 von einem schwer zerspanbaren jedoch duktilen Material gebildet sein, z.B. V4A-Stahl.
Der beschriebene Rotor 4 lässt sich jedoch nicht nur bei der in Fig. 1 gezeigten Exzenterschneckenpumpe 1 einsetzen, sondern er eignet sich in gleicher Weise für Motoren, die wie Exzenterschneckenpumpen aufgebaut sind, beispielsweise Untertagebohrmotoren. Mit Hilfe einer solchen Anordnung wird hydraulische Energie in mechanische Energie umgewandelt, indem mit hohem Druck eine Antriebsflüssigkeit durch die "Exzenterschneckenpumpe" hindurchgepresst wird. Hierdurch wird der Rotor 4 in Umdrehungen versetzt und es kann an der Welle 16 Antriebsleistung abgenommen werden. Da der grundsätzliche Aufbau des Rotors 4 unabhängig davon ist, ob er in Verbindung mit einem Untertagebohrmotor oder einer Exzenterschneckenpumpe eingesetzt wird, ist es nicht erforderlich, zusätzlich zu der Exzenterschneckenpumpe nach Fig. 1 einen im Grunde genommen identischen Schnitt durch einen Untertagebohrmotor herzustellen.
Fig. 4 zeigt die Verwendung des erfindungsgemäßen Rotors 4 in einem Untertagebohr- oder Mud-Motor 51. Der prinzipielle Aufbau des Untertagebohrmotors 51 ist grundsätzlich ähnlich wie der Aufbau einer Exzenterschneckenpumpe, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.
Während bei der Exzenterschneckenpumpe mechanische Energie in hydraulische Energie umgesetzt wird, erfolgt bei dem Untertagebohrmotor 51 die umgekehrte Energieumwandlung. Der Untertagebohrmotor 51 wird mit unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit beaufschlagt, wodurch dessen Rotor 4 in Umdrehungen versetzt wird.
Soweit bei dem Untertagebohrmotor 51 Strukturelemente vorhanden sind, die bereits im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 bereits erläutert sind, erfolgt keine erneute ausführliche Beschreibung.
Der Untertagebohrmotor 51 weist einen Stator 3 auf, der wiederum aus einem zylindrischen Stahlrohr 6 als Mantel mit einer elastomeren Auskleidung 9 besteht. An dem ein- laufseitigen Ende des Stators 3 ist der Statormantel 6 mit einem konischen Innengewinde 52 versehen, in das mit einem konischen Außengewinde 53 ein hydraulisches Anschlusskupp- lungsstück 54 mit einem durchgehenden Kanal eingeschraubt ist.
Das Anschlusskupplungsstück 54 ist rohrförmig und dient der Einspeisung der Antriebsflüssigkeit in den Untertagebohrmotor 51. Das auslass-seitige Ende des Stators 3 ist ebenfalls mit einem konischen Innengewinde 55 versehen, in das ein Auslassmundstück 56 eingeschraubt ist. Das Aus- lassmundstück 56 weist hierzu ein entsprechendes konischen Außengewinde 57 auf und enthält ebenfalls einen durchgehenden Kanal 58.
Das Auslassmundstück 56 dient gleichzeitig als Lagerung für eine Abtriebswelle 59, die mit einem nicht veranschaulichten Bohrmeißel verbunden ist. Der Außendurchmesser der Abtriebswelle 59 ist kleiner als die lichte Weite des Kanals 58 in dem Auslassmundstück 56. Auf diese Weise kann die durch den Untertagebohrmotor 51 hindurchtretende Flüssigkeit in Richtung auf den Bohrmeißel austreten und gleichzeitig als Spülflüssigkeit verwendet werden.
Der Kupplungskopf 23 verbindet den Rotor 4 mit der Abtriebswelle 58.
Der grundsätzliche Aufbau des Rotors 4 unterscheidet sich nicht von dem Aufbau des Rotors 4 nach den Fig. 2 und 3, weshalb eine erneute Erläuterung an dieser Stelle überflüssig ist.
Der Untertagebohrmotor 51 nach Fig. 4 arbeitet in der Weise, dass über das hydraulische Anschlusskupplungsstück 54 unter Druck stehende Flüssigkeit, beispielsweise Spülflüssigkeit, wie sie im Untertagebereich verwendet wird, zugeführt wird. Das unter Druck stehende Fluid dringt in die Pumpenkammern ein, die zwischen dem Rotor 4 und der Innenauskleidung 9 des Stators 3 gebildet sind. Der Druck der Flüssigkeit ist bestrebt, die Kammer zu vergrößern, wodurch der Rotor 4 in dem Stator 3 in Umdrehungen versetzt wird. Da auf der Einlass-Seite des Untertagebohrmotors 51 möglichst viele zwischen dem Stator 3 und dem Rotor 4 gebildete Kammern offen sein sollen, weist ein Rotor 4, der für Motorzwecke verwendet wird, deutlich mehr Gewindegänge auf als ein Rotor 4, der für Pumpenzwecke eingesetzt wird. Da die Anzahl der Gewindegänge in dem Stator 3 jeweils um eins größer ist als die Anzahl der Gewindegänge des Rotors 4, ist bei einem Untertagebohrmotor 51 auch die Anzahl der Gewindegänge in dem Stator 3 deutlich größer als bei der Exzenterschneckenpumpe 1 nach Fig. 1.
Die axiale Länge eines ungeteilten Untertagebohrmotors 51 kann bis zu 8 m betragen. Wenn größere Längen benötigt werden, werden mehrere der in Fig. 5 gezeigten Untertagebohrmotoren 51 hintereinandergeschaltet, wobei dann der Rotor 4 der nachfolgenden Motorstufe an beiden Enden mit den Gewindezapfen 26 versehen ist, um einerseits die Kupplung mit dem stromauf gelegenen Rotor 4 und einem stromab gelegenen weiteren Rotor 4 oder dem Werkzeug herzustellen.
Die Figuren 5 und 6 zeigen einen Rotor 4 ähnlich dem Rotor nach Fig. 2 jeweils in einem Längs- und in einem Querschnitt.
Der Aufbau ist nahezu identisch weshalb für bereits beschriebene Teile und Konstruktionsmerkmale dieselben Bezugszeichen verwendet werden, ohne erneute Erläuterung.
Der wesentliche Unterschied zu dem Rotor nach Fig. 2 besteht darin, dass das Kernelement 21 in seiner zylindrischen Außenumfangsfläche 24 bei dem gezeigten Ausführungs- beispiel insgesamt vier in Längsrichtung durchgehende gerade Nuten 61 enthält. Die Nuten 61 haben wie der Querschnitt gemäß Fig. 6 erkennen läßt, einen rechteckigen Querschnitt mit einer Tiefe von ca. 0,5 mm. Die Breite der Nut 61 gemessen in Umfangsrichtung beträgt ca. 5 mm.
Die Herstellung erfolgt wie im Zusammenhang mit der Fig. 2 erläutert. Durch das Kaltschmiedeverfahren bzw. Ziehverfahren fließt während der Kaltverformung das Material des Mantels 22 im Bereich der Gewindetäler 34 in die Nuten 61, und zwar an den Stellen, an denen die sich im Bereich der Gewindetäler 34 nach innen vorwölbende Innenseite des Mantels 22 die Nuten 61 schneidet. Da der Mantel 22 auf seiner Außenseite eine viergängige Schraube bildet, laufen insgesamt vier Gewindegänge über die Länge des Rotors 4. Die Gewindegänge bilden entsprechende nach innen weisende konvexe Flächen, deren Verlauf unter dem Steigungswinkel des jeweiligen Gewindegangs die Nuten 61 schneidet. Ein Gewindegang schneidet bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel alle 90° eine der Nuten 61. Die Anzahl der Nuten 61 kann auch größer sein als die Anzahl der Gewindegänge des Rotors 3.
Da beim Kaltverformen das Material des Mantels 22 in die Nut 61 hineinfließt kommt eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Mantel 22 und dem Kernelement 21 zustande.
Weil der Verlauf der Nuten 61 nicht dem Verlauf der Gewindetäler folgt, sondern einen anderen Winkel hat, kann auch bei Gewaltanwendung das Kernelement 22 nicht aus dem Mantel 22 herausgeschraubt werden. Die gezeigte Ausführungsform mit geraden Nuten 61 ist besonders einfach hinsichtlich der Herstellung des Kernelementes 21. Es ist jedoch auch möglich die Nuten 61 als schraubenförmig verlaufende Nuten vorzusehen, wobei zweckmäßigerweise die Nuten eine Schraube bilden, die entgegengesetzt zu der Schraube der Gewindegänge laufen, d.h. wenn der Mantel 21 auf seiner Außenseite eine rechtsgängige Schraube bildet, bilden die Nuten 61 auf dem Kernelement 22 eine linksgängige Schraube. Die Steigung kann, um die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Mantel 22 und dem Kernelement 21 noch weiter zu erhöhen, derart gewählt werden, dass die Nuten 61 rechtwinkelig zu den Gewindetälern 34 liegen .
Aufgrund der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Mantel 22 und dem Kernelement 21 besteht eine sehr hohe Torsionsfestigkeit. Der rechteckige Querschnitt der Nuten 61 verhindert, dass das in die Nuten 61 gedrängte Material des Mantels 22 aus den Nuten 61 heraus gelangt bzw. die Gewindetäler 34 herausdrückt, wenn zwischen dem Kernelement 21 und dem Mantel 22 Scherkräfte wirksam werden.
Ein Rotor (4) für eine Exzenterschneckenpumpe (1) oder einen Untertagebohrmotor (51) besteht aus einem geraden, im Wesentlichen zylindrischen Kernelement (21) , auf das im Kaltschmiedeverfahren ein Mantel (22) aufgeschmiedet ist. Der Mantel (22) bekommt durch das Schmieden die für Exzenterschneckenpumpen (1) benötigte schraubenförmige Außengestalt. Der beschriebene Rotor (4) kann spanlos hergestellt werden, was insbesondere bei großen Rotorabmessungen von erheblichem Vorteil ist, weil keine Materialabfälle entstehen.

Claims

Patentansprüche :
1. Rotor (4) für eine Exzenterschneckenpumpe (1) oder Exzenterschneckenmotor (51), die bzw. der einen Stator
(3) mit einem durchgehenden Innenraum (12) aufweisen, in den Leisten radial vorstehen und in dem der Rotor (4) angeordnet ist,
mit einem im Wesentlichen zylindrischen Kernelement (21),
mit einem eine schraubenförmig verformte Außenfläche (29) bildenden äußeren Mantel (22), der das Kernelement (21) im Wesentlichen über dessen gesamte Länge umgibt und dessen Außenfläche Gewindetäler (34) und Gewindescheitel (33) aufweist, wobei der Mantel (22) mit dem Kernelement (21) verbunden ist, indem ein den Mantel (22) bildendes zylindrisches Rohr durch Verformung in ein schraubenförmiges Rohr umgeformt wird, bis der Mantel mit seiner Innen- umfangsflache im Bereich der Gewindetäler an dem Kernelement anliegt, und
mit einem Kupplungskopf (23) , der mit dem Rotor (4) drehfest verbunden ist.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) ein ein- oder mehrgängiges Gewinde bildet.
3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (22) aus einem anderen Material besteht wie das Kernelement (21) .
4. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (22) über seine gesamte Länge rohrförmig ist.
5. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (22) über seine gesamte Länge und seinen gesamten Umfang im Wesentlichen dieselbe Wanddicke aufweist .
6. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (22) mit dem Kernelement (21) lediglich abschnittsweise in Berührung steht.
7. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (22) mit dem Kernelement (21) im Bereich des wenigstens einen Gewindetals (34) reibschlüssig verbunden ist.
8. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (22) mit dem Kernelement (21) lediglich im Bereich des wenigstens einen Gewindetals (34) formschlüssig verbunden ist.
9. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung von wenigstens einer Nut
(61) gebildet ist, die dem Verlauf des wenigstens einen Gewindetals des Mantels (22) folgt und in die die Innenseite des Mantel (22) im Bereich des wenigstens einen Gewindetals hineinragt.
10. Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (61) beim Formen des den Mantel (22) bildenden Rohrs eingeformt wird.
11. Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernelement (21) in wenigstens einem Abschnitt seiner Längserstreckung wenigstens eine Nut (61) enthält, deren Verlauf von dem Verlauf des wenigstens einen Gewindetals abweicht.
12. Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (61) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
13. Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (61) über die gesamte Länge des Kernele- ments (21) fortsetzt.
14. Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (81) eine gerade Nut ist, die längs der Mantellinie des Kernelements (21) verläuft.
15. Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (61) eine schraubenförmige Nut ist
16. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (22) mit dem Kernelement (21) verbunden ist, indem das den Mantel (22) bildende zylindrische Rohr durch Kaltverformung umgeformt wird.
17. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kernelement (21) und dem Mantel (22) wenigstens ein schraubenförmig verlaufender Zwischenraum (36] enthalten ist.
18. Rotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine schraubenförmig verlaufende Zwi- schenrau (36) mit einer Masse gefüllt ist.
19. Rotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine schraubenförmig verlaufende Zwischenraum (36) leer ist.
20. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernelement (21) rohrförmig ist.
21. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernelement (21) massiv ist.
22. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernelement (21) an wenigstens einem Stirnende einen über den Mantel (22) überstehenden Zapfen (26) bildet.
23. Rotor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (26) mit dem Kupplungskopf (23) drehfest verbunden ist.
24. Rotor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (26) ein Gewindezapfen ist und dass der Kupplungskopf (23) eine Gewindebohrung (38) enthält.
25. Rotor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die das Gewinde des Gewindezapfens (26) eine andere Gängigkeit aufweist wie der Rotor (4) .
26. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernelement (21) an einem Ende über ein radial wirkendes Zentrierstück (41) mit dem Mantel (22) verbunden ist .
27. Exzenterschneckenpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Rotor (4) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche enthält.
28. Exzenterschneckenmotor (51), dadurch gekennzeichnet, dass er einen Rotor (4) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche enthält.
29. Untertagebohrmotor (51), der einen Stator (3) mit einem durchgehenden Innenraum (12) aufweist, in den Leisten radial vorstehen, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Rotor (4) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche enthält.
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